(57)【要約】  【課題】  電池素子をラミネートフィルムで外装した構造の非水電解質電池において、圧壊時や釘刺し時でも電池内部の温度上昇を抑える。  【解決手段】  両面に正極活物質が塗布された帯状の正極と、両面に負極活物質が塗布された帯状の負極のそれぞれの両面にポリマー電解質を形成し、セパレータを介して積層し、巻回して作製した電池素子において、電池素子外周部側から２〜５層目に、半周以上１周以下の幅で活物質を塗布しない正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を設ける。このとき、正極集電体露呈部と負極集電体露呈部とが対向するように配置する。また、正極集電体露呈部のみを電池素子外周部側から２〜５層目に、半周以上１周以下の幅で設ける構造としてもよい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に正極活物質が塗布された帯状の正極と、両面に負極活物質が塗布された帯状の負極のそれぞれの両面にポリマー電解質を形成し、上記正極および上記負極をセパレータを介して積層し巻回して作製した電池素子を、ラミネートフィルムで外装した非水電解質電池において、
集電体に活物質が塗布されない集電体露呈部が、上記電池素子外周側から２〜５層目に半周以上１周以下の幅で設けられることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】
上記集電体露呈部が上記正極および上記負極のそれぞれの片面に設けられ、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部がセパレータを介して対向するようにして配置されることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項３】
上記集電体露呈部が上記正極および上記負極のそれぞれの両面に設けられ、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部がセパレータを介して対向するようにして配置されることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項４】
上記集電体露呈部が上記正極の片面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項５】
上記集電体露呈部が上記正極の両面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子を収容してなる非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートブック型パソコンなどをはじめとする電子機器のコードレス化、ポータブル化が進み、薄型、小型、軽量の携帯電子機器が次々と開発されている。また、機器や機能の多様化によって電力使用量が増加しており、それら電子機器のエネルギー源である電池、特に二次電池の高容量化に対する要求が高まっている。
【０００３】
従来から使用されてきた二次電池としては、鉛畜電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池があり、新たな二次電池としてはニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池やリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が実用化されている。
【０００４】
さらに、従来電池外装としてはステンレス（ＳＵＳ）管やアルミ（Ａｌ）缶が使われていたが、近年、形状自由度が大きいことから、ラミネートフィルム外装を用いた電池が開発され、商品化されている。このラミネートフィルムを用いたリチウムイオン二次電池の開発により、小型、軽量、薄型で高いエネルギー密度を有する二次電池が実現可能となった。
【０００５】
上記の薄型リチウムイオン二次電池は、リチウム複合酸化物等を含有する正極活物質が、正極集電体の両面または片面に塗布された正極と、炭素材料を含有する負極活物質が、負極集電体の両面または片面に塗布された負極とを有している。このような正極および負極を、ポリオレフィン系微多孔膜よりなるセパレータを介して積層、もしくは積層後に巻回することにより電池素子を作製し、ラミネートフィルムに収容し、電解液を注液して封止することにより、電池を作製する。
【０００６】
また、電解液をゲル化して用いたリチウムイオンポリマー二次電池とすることもできる。電極の両面または片面に活物質およびゲル電解質を塗布した正極および負極を、セパレータを介して積層、または積層後に巻回することにより電池素子を作製し、ラミネートフィルムに収容して電池素子の周囲を封止する。これにより、薄型化とともに漏液の防止を図ることができる。
【０００７】
上述のように、リチウムイオン二次電池の外装としてラミネートフィルムを採用することにより電池の軽量化や薄型化は達成される。ところが、ラミネートフィルムは従来の金属容器（電池缶）と比較して強度が低く、外部からのダメージに弱いため、誤って鋭い突起物が刺さって正極と負極とが短絡し、発熱や熱暴走がおこるおそれがある。このため、外部からのダメージに対する電池内部の損傷を最小限に抑え、安全性を高めるための対策を施す必要がある。
【０００８】
以下の特許文献１に、金属容器を用いた電池の安全性を高めるための構造が記載されている。この特許文献１では、巻回した正極および負極の巻回終端部に活物質を塗布しない正極集電体露呈部分および負極集電体露呈部分を設け、この正極集電体露呈部分および負極集電体露呈部分がセパレータを介して巻回体の外周を１周以上覆うことにより、電池が圧壊しても損傷を最小限に抑えることができる電池構造が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３３１４９号公報
【０００９】
これは、金属容器が圧壊した場合に外周部に配置された正極集電体露呈部分および負極集電体露呈部分が短絡し、瞬時に電圧を下げる効果によるものである。集電体露呈部分は電極最内周部の電極端部に設けることも検討されたが、この場合釘等が電池最内周部まで到達しなければ電圧を下げる効果が発現しないため、釘が中心部に達する前に熱暴走に至る場合もある。このため、最外周に集電体露呈部分を設けることが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された構造は、導電性を持つ巻ＳＵＳやアルミ製の外装材の場合に大きな効果がある。しかしながら、ラミネートフィルムのように金属箔の両側表面が絶縁性樹脂に被覆された外装材では効果が発現しない場合がある。また、ラミネートフィルムは伸縮性の素材であるため、ラミネートフィルムで外装された電池素子に対しては釘等が外部から刺さった場合に外装材の巻き込みが発生し、最外周で短絡させることが困難となり、効果がない場合がある。
【００１１】
したがって、この発明は、上記問題点に鑑み、ラミネートフィルムを外装材に用いた場合であっても外部損傷に対して安全性の高い非水電解質電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明による非水電解質電池は、両面に正極活物質が塗布された帯状の正極と、両面に負極活物質が塗布された帯状の負極のそれぞれの両面にポリマー電解質を形成し、上記正極および上記負極をセパレータを介して積層し、巻回して作製した電池素子を、ラミネートフィルムで外装した構造であって、集電体に活物質が塗布されない集電体露呈部が、上記電池素子外周側から２〜５層目に半周以上一周以下の幅で設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、外部損傷などの異常時でも正極集電体露呈部分および負極集電体露呈部分を確実に短絡させて電池内部の急激な発熱や熱暴走を防止し、安全性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に、この発明を適用して作製した非水電解質電池の構成を示す。図２に詳細に示すように、この電池１は電池素子１０がラミネートフィルム４に形成された凹部に収容されて外装されており、電池素子１０の周辺部を封止することにより作製されている。以下、電池素子１０の構成について説明する。
【００１６】
図３に、ラミネートフィルム４に収容される電池素子１０の構造を示す。この電池素子１０は、帯状の正極１１と、セパレータ１３ａと、正極１１と対向して配された帯状の負極１２と、セパレータ１３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、正極１１および負極１２の両面にはポリマー電解質１４が塗布されている。電池素子１０からは正極１１と接続された正極端子２ａおよび負極１２と接続された負極端子２ｂが導出されており（以下、特定の端子を指さない場合は電極端子２とする）、正極端子２ａおよび負極端子２ｂには後に外装するラミネートフィルム４との接着性を向上させるために、樹脂片であるシーラント３ａおよび３ｂ（以下、特定のシーラントを示さない場合はシーラント３と適宜称する）が被覆されている。
【００１７】
［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が、正極集電体の両面上に形成されたものである。正極集電体としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔あるいは、ステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００１８】
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００１９】
正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ），Ｎｉ，マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００２０】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。
【００２１】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００２２】
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体上に均一に塗布する。
【００２３】
このとき、図４に示すように、巻回前の正極１１において、正極集電体１１ａの片面、もしくは両面の一部分に正極合剤の未塗布部（以下、正極集電体露呈部と適宜称する）１５ａを設ける。図４において、Ａ側を巻回体の巻始め端部、Ｂ側を巻終わり端部とすると、巻終わり端部に近い部分に正極集電体露呈部１５ａが形成されるようにして正極合剤が塗布される。この正極集電体露呈部１５ａは負極１２およびセパレータ１３と共に積層し、巻回した電池素子１０において、外周側から２〜５層目に当たる部分に形成される。正極集電露呈部１５ａの幅は作製する電池の径により異なるが、巻回体を作製したときに正極集電体露呈部１５ａが半周分以上１周分以下であればよい。
【００２４】
上述のようにして正極集電体露呈部１５ａを設けるようにして正極合剤を塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより正極活物質層１１ｂが形成される。
【００２５】
正極１１は正極集電体１１ａの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子２ａを有している。この正極端子２ａは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子２ａの材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。
【００２６】
［負極］
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されたものである。負極集電体としては、例えば銅（Ｃｕ）箔，Ｎｉ箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００２７】
負極活物質層は、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層が形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、正極活物質と同様に、その混合比は問わない。
【００２８】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００２９】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、Ａｌ、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したＬｉ金属箔を集電体に圧着する方法でも構わない。
【００３０】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。
【００３１】
上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にした後、正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布する。
【００３２】
このとき、図４に示す正極１１の場合と同様に、負極集電体の片面、もしくは両面の一部分に負極合剤の未塗布部（以下、負極集電体露呈部と適宜称する）を設ける。この負極集電体露呈部は正極と同様に、巻回後の電池素子１０において、外周側から２〜５層目に当たる部分に、半周以上１周以下の幅で形成される。
【００３３】
負極１２も正極１１と同様に、集電体の一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子２ｂを有しており、この負極端子２ｂは電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子２ｂの材料としては、例えば銅、Ｎｉ等が挙げられる。
【００３４】
なお、正極端子２ａおよび負極端子２ｂは同じ方向から導出されていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題がなければ、どの方向から導出されていても問題はない。また、正極端子２ａおよび負極端子２ｂの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。
【００３５】
［ポリマー電解質］
ポリマー電解質としては、高分子固体電解質またはゲル状電解質等を用いることができる。以下、電解質について詳細に説明する。
【００３６】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去して固体化またはゲル化したものである。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層または負極活物質層に含浸されて固体化またはゲル化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。
【００３７】
ゲル状電解質は、可塑剤に電解質塩を添加し、２重量％以上３０重量％以下のマトリクス高分子および溶媒を混合した後、電極に塗布し、溶媒を除去することにより得られる。
【００３８】
ゲル状電解質に用いられる可塑剤としては、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート等が挙げられる。
【００３９】
また、リチウム塩としては通常の電池電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ3、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＮＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6等を挙げることができるが、酸化安定性の点からＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いても良い。リチウム塩を溶解する濃度として、可塑剤中に０．１〜３．０ｍｏｌで実施できるが、好ましくは０．５〜２．０ｍｏｌ／ｌで用いることができる。
【００４０】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような可塑剤をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できる。中でも酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４１】
また、溶媒としては揮発しやすい低沸点の溶媒が望ましい。具体的には、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等が挙げられる。
【００４２】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４３】
また、リチウム塩としてはゲル状電解質で用いた材料と同様のものを用いることができる。
【００４４】
［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００４５】
一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００４６】
［電池素子の作製］
上述のようにして作製したポリマー電解質溶液を正極１１および負極１２に均一に塗布し、正極活物質層および負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てポリマー電解質層１４を形成する。次いで、ポリマー電解質層１４を形成した正極１１および負極１２を用い、正極１２、セパレータ１３ａ、負極１２、セパレータ１３ｂの順に積層して巻回し、電池素子１０とする。この時、正極１１および負極１２に設けた半周〜１周分の正極集電体露呈部分１５ａ、および負極集電体露呈部分１５ｂが、外周側から２〜５層目部分に位置している。
【００４７】
以下、ラミネートフィルム外装材４に収容される電池素子１０の断面図を用いて、集電体露呈部の構成例を説明する。図５〜図８は、正極１１および負極１２のそれぞれに集電体露呈部を設けており、外周側から２層目に集電体露呈部を形成した場合の構成例である。図５〜図８では、参照符号１１ａで正極集電体、参照符号１１ｂで正極活物質層、参照符号１２ａで負極集電体、参照符号１２ｂで負極活物質層、参照符号１３でセパレータを示している。また、説明を容易にするため、正極活物質層１１ｂおよび負極活物質層１２ｂ上に形成されたポリマー電解質は図中に表示しない。
【００４８】
なお、図５以下に示す電池の断面図は実際の巻回数よりも少ない巻回数で示されており、実際は例えば１０〜２０回程度巻回されたものを用いる。
【００４９】
図５は、正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂをそれぞれ片面に半周分形成した場合の断面図であり、図６は、正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂをそれぞれ片面に１周分形成した場合の断面図であり、図７は、正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂをそれぞれ両面に半周分形成した場合の断面図であり、図８は、正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂをそれぞれ両面に１周分形成した場合の断面図である。
【００５０】
ただし、電池内部の安全性が確保されるように構成されていれば必ずしも集電体露呈部が図５〜図８のように設けられていなくても良い。例えば、図６のように１周分の正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂを設ける場合、図９に示すように少なくとも電池上面部および電池底面部の平坦部に集電体露呈部が設けられていればよい。扁平型電池の場合電池厚さが非常に小さく、電池側面部から釘等が刺さる危険性が少ないためであるが、１周分の集電体露呈部を設けた方が製造工程上容易に電池を作製することができる。また、集電体露呈部は外周側から２〜５層目のいずれかに形成すればよい。
【００５１】
このように、正極集電体露呈部１５ａおよび負極集電体露呈部１５ｂが対向するように配置することにより、外部からの圧壊時や釘刺し時に正極集電体１１ａおよび負極集電体１２ａが接触し、確実に抵抗の小さい短絡を起こすことができる。これにより瞬時に電圧が低下し、異常発熱や熱暴走を防止することが可能である。
【００５２】
また、他の実施形態として、図１０〜図１３に示すように負極集電体露呈部を設けず、正極集電体露呈部１５ａのみを設けることも可能である。図１０〜図１３は集電体露呈部を外周側から２層目に設けた場合の構成例である。図１０は、正極集電体露呈部１５ａを片面に半周分形成した場合の断面図であり、図１１は、正極集電体露呈部１５ａを片面に１周分形成した場合の断面図であり、図１２は、正極集電体露呈部１５ａを両面に半周分形成した場合の断面図であり、図１３は、正極集電体露呈部１５ａを両面に１周分形成した場合の断面図である。
【００５３】
負極活物質層１２ｂが塗布された負極１２は、対向する部分に正極活物質層１１ｂが形成された正極１１が配置されることにより充放電を行うものである。このため、この実施形態のように、正極集電体露呈部１５ａのみを設けた場合、正極集電体露呈部１５ａとの対向部分に位置する負極１２は危険なものとはならない。また、負極１２はその表面にカーボンを含む負極活物質が塗布されているが、カーボン自身が高い導電性を有する。このため、正極集電体露呈部１５ａと負極１２が接触した場合にも、第１の実施形態と比較して多少効果が小さいものの、実用に耐えうる安全性の高い電池を得ることができる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例および比較例にてこの発明を具体的に説明する。
【００５５】
まず、試験用電池に用いる正極合剤、負極合剤、ゲル状電解質を以下のようにして作製する。
【００５６】
＜実施例１＞
［正極の作製］
正極活物質としてＬｉＣｏＯ2を用いて正極を作製する。まず、ＬｉＣｏＯ2を得るために炭酸リチウムと炭酸コバルトを０．５ｍｏｌ対１ｍｏｌの比率で混合し、９００℃の空気中で５時間焼成した。次いで、得られたＬｉＣｏＯ2９１重量部と、導電剤として黒鉛６重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【００５７】
次いで、このスラリーを正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗布した。このとき、外周から２層目に当たる個所に片面半周分、正極集電体露呈部を形成した。次いで乾燥工程を経てロールプレス機で圧縮成形し、５０ｍｍ×３００ｍｍに切り出して使用した。
【００５８】
［負極の作製］
粉砕した黒鉛粉末９０重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【００５９】
次いで、このスラリーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗布した。このとき、外周から２層目で、正極集電体露呈部と対向する個所に片面半周分、負極集電体露呈部を形成した。次いで、乾燥工程を経て、ロールプレス機で圧縮成形し、５２ｍｍ×３２０ｍｍに切り出して使用した。
【００６０】
［ゲル状電解質］
エチレンカーボネート（ＥＣ）４２．５重量部、プロピレンカーボネート（ＰＣ）４２．５重量部からなる可塑剤に、電解質塩としてＬｉＰＦ6１５重量部を混合した後、重量平均分子量６０万のポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部、そしてジメチルカーボネート６０重量部を混合溶解させて電解質溶液を作製した。この電解質溶液を正極および負極の表面に均一に塗布して正極活物質層および負極活物質層に含浸させ、常温で８時間放置し、ジメチルカーボネートを気化、除去して、ゲル状電解質膜を得た。
【００６１】
次いで、ゲル状電解質膜を形成した正極および負極を、セパレータを介して積層し、巻回して、２Ｗｈの容量を持つ薄型の電池素子を作製した。この電池素子は、厚さ１００μｍのアルミラミネートフィルムにより外装し、正極端子および負極端子をアルミラミネートフィルムから導出した後、電池素子周辺を真空封止して試験用電池を作製した。
【００６２】
また、上述の試験用電池の他、以下のように集電体露呈部を設けた試験用電池を作製する。なお、電池容量については、実施例１のように正極および負極のそれぞれに片面半周分の集電体露呈部を設けた場合に２Ｗｈとなるようにしたものであり、全ての実施例および比較例において電池容量が２Ｗｈとなるように試験用電池を作製したものではない。
【００６３】
＜実施例２＞
実施例１において、外周側から２層目に当たる個所に片面１周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６４】
＜実施例３＞
実施例１において、外周側から５層目に当たる個所に片面１周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６５】
＜実施例４＞
実施例１において、外周側から２層目に当たる個所に両面半周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６６】
＜実施例５＞
実施例１において、外周側から２層目に当たる個所に両面１周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６７】
＜実施例６＞
実施例１において、外周側から５層目に当たる個所に両面半周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６８】
＜実施例７＞
実施例１において、外周側から２層目に当たる個所に片面半周分の正極集電体露呈部を形成し、負極集電体露呈部を設けずに負極を作製して巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００６９】
＜実施例８＞
実施例１において、外周側から５層目に当たる個所に片面半周分の正極集電体露呈部を形成し、負極集電体露呈部を設けずに負極を作製して巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００７０】
＜比較例１＞
実施例１において、外周側から６層目に当たる個所に片面１周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００７１】
＜比較例２＞
実施例１において、外周側から２〜３層目に当たる個所に片面１．５周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００７２】
＜比較例３＞
実施例１において、外周側から１層目に当たる個所に１周分の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を形成し、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が対向するようにして巻回した。他は実施例１と同様に電池を作製した。
【００７３】
このように作製した各試験用電池のそれぞれについて電池容量を測定した。次いで、各試験用電池のそれぞれに釘刺し試験を行った。試験は、４．３５Ｖに充電した各試験用電池を直径２．５ｍｍの釘を用いて１０００ｍｍ／ｓｅｃで貫通させ、そのときの電池最高温度を測定した。
【００７４】
一般的に、この試験では６０００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で釘を貫通させる。しかしながら、今回は通常よりも遅い１０００ｍｍ／ｓｅｃの速度で試験を行った。最内周部に集電体露呈部を設けた場合に、釘が最内周部に到達する前にショートを起こすことがあるという問題について述べたが、これは釘の刺さる速度が遅い場合に生じる問題点である。そこで、今回１０００ｍｍ／ｓｅｃの速度で釘刺しが起こった場合であっても、確実にショートを起こすことができるかどうかを確認する。
【００７５】
以下の表１に試験結果を示す。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
各試験用電池は、実用の観点から発熱温度が１５０℃以下のものを良品とした。また、電池容量は、１．８Ｗｈ以上の電池容量を有するものを良品とした。
【００７８】
実施例２、実施例３および比較例１より、集電体露呈部の面積が同じであっても、集電体露呈部を設ける個所が内周側に近づくほど電池温度の上昇が大きくなることが分かる。これは、電池外周部から２層目部分に集電体露呈部を設けたことにより、釘が刺さった後早い段階で低抵抗のショートを確実に起こし、温度の上昇を防ぐためである。
【００７９】
また、比較例２のように、電池外周部付近（１〜２層目）に集電体露呈部を正極、負極ともに１．５周分ずつ設けた場合、温度の上昇は防げるものの電極の反応面積が少なく、電池容量が低下する。集電体露呈部を半周〜１周分とすることにより、電池容量も良品の範囲内とすることができる。
【００８０】
結果から分かるように、電池外周側から２〜５層目に、半周〜１周分の集電体露呈部を形成することにより、１０００ｍｍ／ｓｅｃの速度での釘刺し時でも温度上昇を防止し、十分な電池容量を有する電池を作製することができる。
【００８１】
また、釘刺し速度が１０００ｍｍ／ｓｅｃ未満の場合でもこの発明の電池構造により温度上昇を防止することができることが確認されている。これは、
（１）ラミネートフィルムを外装に用いた構造であるためフィルムが巻き込まれ、最表層でショートが起こる可能性が低く、
（２）１０００ｍｍ／ｓｅｃより遅い速度で釘刺しが起こる場合、より表面に近い個所でショートが起こる、
という理由から、２〜５層目に集電体露呈部があれば１０００ｍｍ／ｓｅｃ未満でも確実にショートを起こすことができるためである。
【００８２】
さらに、釘刺し速度が１０００ｍｍ／ｓｅｃを超える場合でも、この電池構造は適用可能である。一般的に釘刺し速度が速くなるほど電池内部でショートが発生する。しかしながら、電池外周部付近に集電体露呈部を設けることにより、釘が内周部に達する前に正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を短絡させ、強制的に低抵抗のショートを起こすことができるためである。
【００８３】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００８４】
例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明を適用して作製した非水電解質電池の外観の一例を示す模式図である。
【図２】この発明を適用して作製した非水電解質電池の構成を詳細に示す模式図である。
【図３】ラミネートフィルム外装材に収容される電池素子の構造を示す模式図である。
【図４】今回の発明を適用した正極の構成を示す模式図である。
【図５】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図６】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図７】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図８】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図９】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図１０】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図１１】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図１２】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【図１３】今回の発明を適用した電池の構成の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・電池
２ａ・・・正極端子
２ｂ・・・負極端子
３ａ，３ｂ・・・シーラント
４・・・ラミネートフィルム
１０・・・電池素子
１１・・・正極
１１ａ・・・正極集電体
１１ｂ・・・正極活物質層
１２・・・負極
１２ａ・・・負極集電体
１２ｂ・・・負極活物質層
１３、１３ａ，１３ｂ・・・セパレータ
１４・・・ポリマー電解質
１５ａ・・・正極集電体露呈部
１５ｂ・・・負極集電体露呈部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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